TW200525873A - Improved rectifier bridge assembly - Google Patents

Description

200525873 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種橋式整流器組合物，例如用於汽車自動發電機者，尤指 一種適於散熱的改良式橋式整流器組合物。 【先前技術】 橋式整流器組合物通常稱為整流器，為自動發電機組合物的零件之一，而 自動發電機組合物形成汽車充電系統的一部分。充電系統的基本角色係以自動 發電機產生的電力來補充電池。自動發電機產生的電流為交流電(AC),而儲存 在電池裡的電流為直流電(DC)。交流電必須轉換為直流電，使電池得以充電。 這種轉換稱為整流，為橋式整流器組合物的特定功能。 典型汽車使用的自動發電機為三相式交流電(AC)發電機。每一相所產生的 電需由一橋式整流器加以整流。每一橋式整流器包括二個二極體，一個自動發 電機需要三個橋式整流器。因此，一典型的橋式整流器組合物包括三個橋式整 流器，其具有六個二極體。六個二極體中的三個接地，其他三個二極體連接到 DC輸出埠以充電電池。 ^ 在整流過程中，交流電(AC)轉換為直流電(DC)會產生大量的熱。這些熱必 須儘可能快速及有效率地被驅散，否則二極體會在短時間内毀損。因此，橋式 整流器通常焊接上導熱性佳的散熱片…eat sink)。通常接地的一部分提供一負極 散熱片，而某些與DC輸出蟑結合以充電電池的結構提供一正極散熱片，其與接 地隔絕。 橋式整流器組合物通常組合成自動發電機組合物的一個完整零件。由自動 發電機輸出至電池的電流’係依據橋式整流II組合物的容量以將交流電整流為 直流電。然而，具有二極體及設定功率的橋式整流器組合物的性能，嚴重依賴 散熱片的散熱f力。橋式整流H組合物愈快散熱，整流器便可在愈冷環境下運 轉。签流器的壽命較長而性能較佳。因此，散熱片的容量應為設計橋式整流器 組合物的主要考量。 用於汽車的傳統橋式整流驗合物具有二錄刻，_個為貞極側，另一 個為正極侧。然而，此傳統散熱片設計在過度擁擠的引擎隔間中，由於空間的 需求而被取代。例如，在福特汽車公司的2G自動發錢的橋式紐器組合物 200525873 中，六個二極體都被焊接在不到3.6平方英的面積内並經由唯 熱。此一現在工業中頗常見的特殊設計有散熱極 :二二:文 量不足將使其更容易損毀。 力熱谷 改善此類型橋式整流器組合物(例如福特2(}自動 之…揭露於Hsieh的美國專利第5,892,676號，其於此一併加以參考舰的方法 由減少引擎隔間大小的觀點來看，已嘗試過限制橋式整流器組合物的大 小。例如，通用汽車公司所製造汽車使用的自動發電機，⑶系列採用

DdC〇RemyAmerica，Ande麵，Indiana製造的充電系統，ad系列採用 De_C〇rp·，Troy，Michigan製造的具有雙重内風扇的氣冷設計。這些 福特2G的自動發電機型式使用單一散熱片來散熱；然而，如福特犯型的設 计’正極及負極整流器二極體並非串聯配置，而是並聯配置，並於散熱片的整 個井中分隔開’以降低橋式整流器組合物的整體高度，並改善整個散熱片的散 熱性。儘管符合其目的’CS及AD系列的自動發電機仍因為小型散熱片的效果 不佳而造成高熱。此-問題增加了 CS及AD系列自動發電機的橋式整流器組合 物的故障率，並降低性能。參見第1圖，壓合式(press-fk)二極體，係一 cs型橋 式整流器組合物的二極體組合物20，其中之二極體由稱為整流器晶粒22的半導 體材料形成，整流器晶粒22焊接於銅片24及26之間，並埋入環氧樹脂28中以 插設於散熱片29的孔中。接腳30由上方銅片26延伸至環氧樹脂28之外，以連 結至橋式整流電路(未示於圖）。反向的銅片24焊接至金屬帽32，其被壓緊以適 當地在電路中連接至正極或負極散熱片。此一結構有兩個缺點，第一，空氣溝 縫存在於二極體組合物及散熱片之間，其係由金屬帽上的小隆起所產生；第 二，僅有限的熱可由金屬帽上的小隆起擴散到散熱片；此使散熱片的效能大為 降低。 有鑑於此，實有必要提供一可克服上述問題之新穎橋式整流器組合物。此 新穎橋式整流器組合物必須適用於標準自動發電機組合物，且製造成本可行。 本發明除符合此需求外，尚具其他優點。 【發明内容】 一種橋式整流器組合物，包括一橋式整流電路。橋式整流電路藉由至少二 個二極體隔室(compartment)連接至至少一個交流電源。二極體隔室連接至橋式 整流電路及一直流電輸出埠，以轉換交流電為直流電。一散熱片（heat sink)包括 200525873 至少二個孔六以容置至少二個二極體隔室，使其被間隔開但實際可接觸到散熱 片，其中來自二極體隔室的熱可被均勻地分散至散熱片。 於一實施例中，二極體隔室包括一個二極體，二極體被導熱但非導電的環 氧樹脂包圍著，環氧樹脂實際地接觸到孔穴内散熱片的所有表面。 於另一實施例中，二極體隔室包括一個由整流器形成之二極體，整流器電 性連接至第一及第二銅片，其中第一銅片直接電性連接至孔穴中的接觸表面， 而第二銅片電性連接至橋式整流電路。 【實施方式】 參見第2-5圖，一橋式整流器組合物40包括六個二極體隔室42、44、 46、48、50及52。二極體隔室配置成三對電路，並正向偏壓至一正極接腳，正 極接腳形成於容室上部54。二極體隔室的每一個正向偏壓對(pair)於正極接腳與 負極接腳之間的電路中，連接至一個定子接腳56-58，負極接腳形成於容室下部 60。實際電路配置將詳述於下文；而現所示之橋式整流器配置係用以轉換三相 交流電為直流電。二極體隔室42、44、46、48、50及52的每一個係容置於井 62中，井形成於橋式整流器容室上部54，其亦提供散熱片（heat sink)的功能。散 熱片的散熱性質藉由使用散熱鰭64而改善，散熱鰭64係沿著上部54的側壁形 成。雖然橋式整流器組合物的形狀及大小由許多因子決定，包括但不限於，既 有自動發1：機結構的尺寸，散熱容量及適用性。如第2_6圖所示之橋式整流器組 合物’係適用於CS系列的自動發電機。然而，本發明不應因此限於此形狀。以 環氧樹脂材料66填充上部的井62，其優點為可將環氧樹脂巾二極體的熱傳送至 散2片。、環氧樹脂66較佳為導熱但非導電的環氧樹脂。符合此目的之適當環氧 樹月曰型式可購自LoniCorp·，EastWeymouth，MA ;然而，熟習此技術者應知任 合適用於包覆汽車引擎電子零件的導熱但非導電環氧樹脂。 、藉由檢視橋式整流器容室(第6圖)的架構可更了解二極體隔室的架構。橋 式整流器容室(第6圖）包括容室上部54，其功能有如散熱片，並位於橋式整流電 tJ8之下二以將二極體連接至自動發電機(未示於圖〉的定子。橋式整流電路68 c 一連接至每一個二極體76-81的接腳7〇-75，連接正極端點至一電壓調節器(例 極體)的接腳82，及連接至定子外三接腳56.58的端點接腳。f電器84可均 衡通過橋式整流驗合物的電力。容室上部54亦提供-電路，連接橋式 机路68中的正極端點接腳82及二極體77_79。容室下部6〇提供類似的連 200525873 3二及81與接地之間，並與上部54以非導電刚86分開。可 定於橋至橋式整流電路68的非導電性螺栓88及90，以傳統方法固 94將ΐΪΐ: 如螺帽、铆釘或溶接。亦可提供一非導電性螺检孔92及 ΓΓΓ 組合物固定於(例如)自動發電機本體。應注意的是，只有連接至 負，_二極體76、8()及81的井孔穿過容室上部%而:=1 連接至正極接腳的二極體77·79容置於井内井的底端位於容室上部之内。 應注意的是，用來說明容室的『頂(Top)』或『上(Upper)』及『底 名rri』或『下(Lower)』為相對的，使更了解圖式與本發明的關係。容室的 、地連接至自動發電機的框架以接地。貞鋪與正極觸相對未置可 根據自動發電機『Slip Ring End Frame (通稱為SRE Frame)』的設計而改變。因 此這些名詞的解釋不應限制本發明的方向。· 处—參見^7圖，橋式整流器組合物提供三線圈定子1〇〇產生之交流電轉換功 月匕一線，疋子可產生如自動發電機之三相交流電。汽車自動發電機定子產生 的電輸入三個定子連接端點102姻之…第一組二極體1〇6設置於接地㈠ι〇8 與定子連接端點102·1()4之-之間，而第二組二極體11()設置於定子連接端點 102-104之一與正極端點之間，以提供直流電型式的電力，經由正極散 弘 輸出至電池(+)111。 … 連接至負極接腳的二極體114 (第8圖)連接至容室下部6〇，而連接至正極 接腳的一極體112 (第9圖)連接至容室上部54。在每一狀況中(第8及9圖），最 好以任何傳統的方法將二極體112及114焊接在容室上，例如(但不限於)焊接或 溶接於橋式整流電路。二極體被完全充滿於井的環氧樹脂66包圍。藉由將環氧 樹月曰元全充滿井内，二極體的熱可更有效率地傳送到上部中的散熱片。環氧樹 脂可更進-步使二極體隔絕於正電荷容室上部，這對連接至負極接腳的二極體 特別需要，因為他們必須能導熱至容室上部卻保持電的隔絕。 此處所述之二極體由夾置於銅片之間的整流器晶粒形成，稱之為『電池型 (cell)』二極體，且因其可被焊接至散熱片作有效率的電性連接而為較佳者。熟 習此技術者應知填充井的環氧樹脂不限於電池型二極體結構，任何傳統二極^ 皆可適用，包括(但不限於）『鈕型(button)』，『碟型(dish)』及『壓合型(press_ fit)』二極體。 參見第10圖，二極體的安裝包括提供整流器晶粒12〇，最好是含矽半導 體材料，其夾置於二銅片122及124之間，與整流器晶粒120為電導通。下方鋼 200525873 片m直接焊接在容室於井底部126部分，其作用有如一連接電路的接觸表 =，接線=以傳統方法連接於橋式整流電路68 (第5圖)及上方銅片叫第3 妾方^如(但不限於)焊接或溶接。二極體與井壁之間的空間 充滿袞氧树月日66，以提供一堅固的二極體隔室。二極體直接附著於容室，可避 ，使二壓合师驗fit)金屬杯，藉此提供較佳的電性連接。甚至環氧樹脂不 =來=具有金屬杯的二極體，因其提供—空氣溝縫予散熱片。加入環氧樹 曰i、入井巾’可藉此增加絲刻接觸面積，並提錄佳鮮通至散熱片。 熟習此技術者應知其他橋式整流器組合物亦可利用本發明之原理。參見第 11-13圖，橋式整流器組合物2⑻利用二極艘並聯的原理，其包括共平面之正極 及負極接腳222及220，藉此更進-步減少橋式整流器組合物整體大卜此結構 符合AD系列自動發電機所用之橋式整流器組合物。橋式整流器組合物 200包括 -橋式整流電路224，其結構係將三相定子(未示於_三個接腳⑽福經由 各自的二極體隔室230、232、234、236、238及240，連接至各自的正極及負極 接腳222及220。正極及負極接腳222及22〇之作用有如各自與之連接的二極體 的散熱片’且共平面但彼此間隔開。正極散熱片222及負極散熱# 22〇亦形成 二極體隔室之容室，二極體隔室位於井242巾，井形成於正極及負極接腳22〇 及222中。二極體隔室230、232、234、236、238及240再以非導電但導熱的環 氧樹脂246填滿’使二極體至散熱片的散熱性更佳。電池(未示於圖)的連接形式 係，-罐248及軸襯250設置於正極接腳上。此外，橋式整流電路包括連接 至蓄電器(未示於圖)的接腳252，及以傳統方式連接至電壓調節器(未示於圖）的 接腳254。正極接腳222再以墊片256或類似的絕緣物質遮蓋，以將正電荷的表 面隔絕於其他包圍接腳的接地零件。二極體隔室之形成如上所述並示於第1〇 圖’圖中二極體258 (第15圖)由夾置於二銅片之間的整流器形成，並焊接於井 的底表面264或接觸表面，而接腳266連接二極體至橋式整流電路224 (第14 圖）。包圍井的區域以環氧樹脂246填充。 藉上述說明，熟習此技術者應知本發明原理可以任何橋式整流器結構實 施，即利用並聯二極體保留橋式整流器組合物内的空間，以提供具較佳散熱特 性之電力。 、 雖然本發明係以實施例的方式說明，但不受其限制。反之，申請專利範圍 應廣義地解釋，包括本發明其他變數及實施例，此雖為熟習此技術者可製作， 但仍不脫離本發明之範圍。 200525873 【圖式簡單說明】 本發明之其他態樣、優點及新穎特徵將經由以下的詳細說明及配合圖式突 顯出來，其中： 第1圖為習知二極體組合物，使用一壓合型(press fit)二極體； 第2A及2B圖為本發明橋式整流器組合物之透視圖； 第3圖為第2圖之橋式整流器組合物之俯視圖； 第4圖為第2圖之橋式整流器組合物之仰視圖； 第5圖為一正極散熱片之仰視圖； 第6圖為第2圖之橋式整流器組合物之分解透視圖； 第7圖係一橋式整流器組合物之電路圖； 第8圖為第2A圖沿A-A之側剖圖，圖中一正極偏壓二極體連接至一負極接腳； 第9圖為第2B圖沿B-B之側剖圖，圖中一正極偏壓二極體連接至一正極接腳； 第10圖係第9圖之正極基二極體之結構圖； 第11A及11B圖為本發明另一橋式整流器組合物之透視圖； 第12圖為第11圖之橋式整流器組合物之俯視圖； 第13圖為第11圖之橋式整流器組合物之仰視圖； 第14圖為第11圖之橋式整流器組合物之分解透視圖；及 第15圖為第11A @沿A-A之側剖圖，圖中一正極偏壓二極體連接至一負極接 【主要元件符號說明】 二極體組合物 20 銅片 24、26 散熱片 29 金屬帽 32 一極體隔室 42、44 容室上部 54 容室下部 60 散熱鰭 64 橋式整流電路 68 二極體 76-81

整流器晶粒 22 環氧樹脂 28 接腳 3〇 橋式整流器組合物 40 46、48、50、52 定子接腳 56-58 井 62 環氧樹脂 66 接腳 70-75 接腳 82 10 200525873

蓄電器 84 墊片 86 螺栓 88、90 螺栓孔 92、94 三線圈定子 100 定子連接端點 102-104 二極體 106 接地㈠ 108 二極體 110 電池(+) 111 二極體 112 、 114 整流1§晶粒 120 銅片 122 、 124 井底部 126 接線 128 橋式整流器組合物 200 負極接腳(負極散熱片） 220 正極接腳(正極散熱片） 222 橋式整流電路 224 接腳 226-228 二極體隔室 230、232、 234、236、238、240 環氧樹脂 246 端點 248 軸襯 250 接腳 252 接腳 254 墊片 256 二極體 258 底表面 264 接腳 266

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Claims (1)

1. 200525873 十、申請專利範圍： 1·一種橋式整流器組合物，包括： 一橋式整流電路，用於連接至少一個交流電源； 至少二個二極體隔室，活動連接至該橋式整流電路及一直流 埠，以轉換交流電為直流電； ;,L Wtts 一散熱片，具有至少二個孔穴以容置該至少二個二極體隔室， 開並實際接觸到該散熱片； 文間隔 其中來自該二極體隔室的熱均勻分散至該散熱片。 2·如申請專利範圍第1項所述之組合物，其中該二極體隔室包括一 體，二極體被導熱性環氧樹脂包圍，環氧樹脂實際接觸到孔穴内該散熱片二極 有表面 的所

   3·如申請專利範圍第2項所述之組合物，其中該環氧樹脂為非導電性。 4·如申請專利範圍第1項所述之組合物，其中該二極體隔室包括一個 1 體，二極體由一整流器晶粒形成，整流器晶粒電性連接至第一及第二鋼片了極 中該第一銅片電性連接至該孔穴中的接觸表面，而該第二銅片電性其 式整流電路。 卿至该橋 一極 的所

   5·如申請專利範圍第4項所述之組合物，其中該二極體隔室包括气 體，二極體以導熱性環氧樹脂包圍，環氧樹脂實際接觸到孔穴内該散熱^ 有表面。 其中該環氧樹脂為非導電性。 其中至少一個該孔穴的該接觸表 6·如申請專利範圍第5項所述之組合物， 7·如申請專利範圍第4項所述之組合物， 面連接至一直流電電路之一負極接腳。 8.如申請專利範圍第4項所述之組合物，其中至少一個該孔穴 面連接至一直流電電路之一正極接腳。 Λ ^ 、9·如申請專利範圍第7項所述之組合物，其中至少一個該孔穴的該 面連接至一直流電電路之一正極接腳。 > 10·如申請專利範圍第4項所述之組合物，其中該第一銅片係 電性連接至該接觸表面。 筏方J U·如申請專利範圍第4項所述之組合物，其中該第二銅片係以焊 接方式電性連接至該橋式整流電路。 一 12 200525873 12·如申請專利範圍第4項所述之組合物，其中該散熱片包括鱗 13· —種橋式整流器組合物，係用於汽車的自動發電機，包括· 一基板，架設於自動發電機上並提供一負極接腳； 一置於其上且有鰭的正極接腳，作用如一散熱片； 以非導電方式將該基板連接至該置於其上的正極接腳之裝置； 複數個井，形成於該正極接腳，其中該井的第一部份具有一形 正極接腳中之底部，而該井的第二部分具有一形成於該負極接腳中之底^ … 熱導通 複數個二極體，架設於該井中，及電性連接至該井之接觸表面^· ’ -導熱但非導電之環氧樹脂，包圍該二極體並與該井内的所有表面為

   複數個定子連接端點，每-個定子連接端點由自動發電機接收交流電 (AC)，並連接至置於正極接腳上方的電路； ” 該電路之配置可使每一個該定子連接端點於電路中，跨過該複數個二 極體之一而連接至該基板，及跨過該複數個二極體之一而連接至該正極接腳。一 14·如申請專利範圍第13項所述之組合物，其中複數個二極體焊接至該井 之該底表面。 15·如申請專利範圍第13項所述之組合物，其巾複數個二極體焊接或溶接 至該電路。 16·—種橋式整流器組合物，係用於汽車的自動發電機，包括：

   一第一有鰭基板，架設於該自動發電機，並提供一負極接腳； 一第二有鰭基板，架設於該自動發電機，但與該第一基板間隔開，並 提供一正極接腳； 將該第二基板非導電性連接至該自動發電機之裝置； 複數個井，形成於該第一及第二基板中； 複數個二極體’架設於該井中，並電性連接至該井之一接觸表面； 一導熱但非導電之環氧樹脂，包圍二極體並與井内所有表面為熱導 通； 複數個疋子連接端點’每一個定子連接端點由自動發電機接收交流電 (AC),並連接至置於第一及第二基板上方的電路； 13 200525873 該電路之配置可使每一個該定子連接端點於電路中，跨過該複數個二 極體之一而連接至該第一基板，及跨過該複數個二極體之_而連接至該第二基 板。 17.如申明專利錢帛16項所述之組合物，射該二極體焊接至該井的該 底表面。 18·如申叫專利麵第16項所述之組合物，其中該二極體焊接雜接至該 電路。 19·如申請專利範圍第16項所述之組合物，具有一由該第一及第二基板中 的至少一個形成之散熱片。 一

   20· -種用於橋式整流器組合物之二極體隔室，橋式整流器組合物具有個 別孔穴，用，容置該二極體隔室於一散熱片中，其架構程序包括下列步驟·· k供具有一整流器晶粒之二極體，整流器晶粒電性連接於第一第 二銅片之間； ' 直接電性連接該第-銅片至孔穴内該橋式整流器組合物之一表面； 提供一電性連接於該第二鋼片及一橋式整流電路之間；及 以導熱但非導電之環氧樹脂包圍該二極體 21.如申請專利範圍第2〇項所述之二極體隔室 焊接第一銅片至該表面。 ’其中該電性連接步驟包括

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